Спектральные характеристики люминофоров на основе гадолиний-иттрий алюминиевого граната, активированного церием

Основой для построения изделий светотехники нового поколения
является полупроводниковый источник белого света, также он используется в
качестве основного элемента твердотельных световых модулей и
светотехнических приборов. Есть предположения, что применение белых
светодиодов значительно позволяет сэкономить электроэнергию, которую
можно оценить миллиардами долларов, также предполагается, что в течение
ближайшего года мировой оборот светотехнической промышленности,
основанной на производстве и реализации твердотельных источниках света,
превысит 40 млрд. долларов в год. Помимо экономии электроэнергии, белые
светоизлучающие диоды (СИД) обладают такими преимуществами высокая
надежность, прямой направленностью излучения, как длительный срок службы
(больше 50000 часов), механической прочностью, малым тепловыделением,
отсутствием ультрафиолетового вредного для здоровья излучения и опасных
веществ, малыми размерами.
Дальнейшее развитие светотехники невозможно без разработки
оптических материалов нового поколения. Поэтому создание новых оптических
материалов является важной, актуальной и стратегической задачей в
оптическом приборостроении и оптическом материаловедении. Большой
интерес для современной элементной базы фотоники, представляют
керамические материалы. Занимая промежуточное положение между
кристаллическими материалами и стеклами, они объединяют в себе лучшие
свойства кристаллов (высокая механическая и термическая прочность) и стекол
(возможность прессования и формования, возможность формирования
элементов различной геометрии). По спектрально-люминесцентным
характеристикам керамики могут быть близки, а в некоторых случаях и
превосходить характеристики лазерных, сцинтиляционых кристаллов-аналогов.
В настоящей работе приведены результаты исследования синтеза и
комплексного спектроскопического исследования характеристик
люминесцентной керамики, на основе предварительно синтезированных
гранатовых люминофоров, активированных редкоземельными элементами
(РЗЭ).
Целями работы являются:
– Исследовать спектрально-кинетические характеристики
синтезированных гранатовых люминофоров.
– Исследовать спектрально-кинетические характеристики керамики
полученной на основе синтезированных люминофоров.
– Исследовать энергетическую эффективность люминесценции для
синтезированных серий образцов.
– Провести сравнительный анализ полученных результатов
исследований.
1 Обзор литературы
Более известные промышленные белые СИД формируются на базе
полупроводниковых светодиодов синего или же ультрафиолетового диапазонов
длин волн, излучение которых всецело или же частно используется для
оптического возбуждения длин волн. Люминофоры и красители являются
подлинным примером для рассмотрения преобразования длин волн.
Ведущее место в использовании в качестве преобразователей длин
волны занимают люминофоры. Люминофоры выделяются высочайшей
устойчивостью, их квантовый выход нередко близок к 100%.
Распространенными почвами люминофоров считаются гранаты, в частности,
алюмоиттриевый гранат Y3Al5O12 (YAG). [1]
Оптически активными добавками выступают сами редкоземельные
элементы, а также их оксиды и другие соединения. Недостатком YAG
люминофоров может служить низкий индекс цветопередачи (CRI). Нынешние
белые СИД, изготовлены с помощью синего СИД и желтого люминофора и
характеризуются величиной индекса цветопередачи CRI 70-80. Это является
недостаточной величиной для жилых помещений, где индекс цветопередачи
должен быть 80-90, но достаточной для использования в системах наружного
освещения. Для того, чтобы получить теплый белый цвет применяются
люминофоры с широкополосным спектром излучения, смесь красного и
желтого люминофоров. Стоит заметить, что использование смеси
люминофоров, а также второстепенное введение менее по эффективности,
нежели YAG, красного люминофора приведет к потери результативности
белого СИД. При преобразовании ультрафиолетового излучения в белый свет у
белых СИД с ультрафиолетовым возбуждением наблюдаются высокие
энергетические потери (сдвиг Стокса) что является одним из недостатков,
поскольку приводит к малой световой отдаче СИД такого типа. Получить
качественный белый цвет позволяют белые светодиоды с люминофорами, что
является еще и значительно дешевле, чем RGB светодиоды (в расчете на
единицу светового потока). Трудность равномерного нанесения люминофора в
производственном процессе, низкую по сравнению с RGB-светодиодами
светоотдачу из-за преобразования света в слое люминофора, а также сложность
в контроле цветовой температуры – недостатки белых светоизлучающих
диодов данного типа. Также как и в случае с RGB-светодиодами необходимо
решать проблему улучшения теплоотвода.
В течение последних замеров отмечается важный прогресс в
применении нанотехнологий для сотворения высокоэффективных белых свето
излучающих диодов. Повышенный квантовый выход, монохроматичность
излучения, а еще вероятность варьирования длины волны люминесценции
путём конфигурации объема микрочастиц обуславливают внимание к
полупроводниковым нанокристаллам как материалам для белых светодиодов.
Коллоидные квантовые точки CdSe – ZnSe, применяемые в качестве
нанолюминофора, дают возможность получить белый свет с координатами
(0.33, 0.33) и CRI > 90 [1].